[发明专利]实现锂的稳定性的扩散阻挡膜

说明书

提供了含锂阳极、包括前述含锂电极的高性能电化学装置，以及制造所述含锂阳极和电化学装置的方法，所述高性能电化学装置诸如二次电池。在一个实现方式中，提供了一种阳极电极。所述阳极电极包括第一扩散阻挡层，所述第一扩散阻挡层形成在铜箔上。所述第一扩散阻挡层包含钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)或它们的组合。所述阳极电极进一步包括润湿层，所述润湿层形成在所述第一扩散阻挡层上。所述润湿层选自硅(Si)、锡(Sn)、铝(Al)、锗(Ge)、锑(Sb)、铅(Pb)、铋(Bi)、镓(Ga)、铟(In)、锌(Zn)、镉(Cd)、镁(Mg)、上述的氧化物、上述的氮化物或它们的组合。所述阳极电极进一步包括锂金属层，所述锂金属层形成在所述润湿层上。

背景

技术领域

本文中描述的实现方式一般涉及金属电极，更具体地涉及含锂阳极、包括前述含锂电极的高性能电化学装置，和制造所述含锂阳极和电化学装置的方法，所述高性能电化学装置，诸如二次电池。

背景技术

可再充电电化学存储系统当前在日常生活的许多领域中变得越来越重要。在越来越多的应用中都使用到高容量电化学能量存储装置，诸如锂离子(Li离子)电池，这些应用包括便携式电子装置、医疗、运输、并网大型能量存储、可再生能量存储和不间断电源(UPS)。传统的铅/硫酸电池通常缺乏电容，并且对于这些越来越多的应用而言，通常无法充分地循环。然而，锂离子电池被认为是最佳机会。

典型地，出于安全原因，锂离子电池不包含任何金属锂，而是使用石墨材料作为阳极。然而，与使用金属锂相比，使用在充电状态下可充电直至极限组分LiC₆的石墨带来低得多的电容值。当前，行业正在从石墨基阳极向共混硅的石墨转移，以提高能量电池密度。然而，共混硅的石墨阳极遭受第一循环容量损失。因此，需要的是锂金属沉积以补充共混硅的石墨阳极的第一循环容量损失。然而，锂金属面临若干器件集成挑战。例如，锂沉积在铜基板上可能会引起铜基板的锂诱导的脆化。

因此，需要的是用于在能量存储系统中沉积和处理锂金属的方法和系统。

发明内容

本文中描述的实现方式一般涉及金属电极，更具体地涉及含锂阳极、包括前述含锂电极的高性能电化学装置，和制造所述含锂阳极和电化学装置的方法，所述高性能电化学装置，诸如二次电池。在一个实现方式中，提供了一种阳极电极。所述阳极电极包括铜箔。所述阳极电极进一步包括第一扩散阻挡层，所述第一扩散阻挡层形成在所述铜箔上。所述第一扩散阻挡层包含钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)或它们的组合。所述阳极电极进一步包括润湿层，所述润湿层形成在所述第一扩散阻挡层上。所述润湿层选自硅(Si)、锡(Sn)、铝(Al)、锗(Ge)、锑(Sb)、铅(Pb)、铋(Bi)、镓(Ga)、铟(In)、锌(Zn)、镉(Cd)、镁(Mg)、上述的氧化物、上述的氮化物或它们的组合。所述阳极电极进一步包括锂金属层，所述锂金属层形成在所述润湿层上。

在另一个实现方式中，提供了一种形成电极结构的方法。所述方法包括在铜箔上形成第一扩散阻挡层。所述第一扩散阻挡层包含钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)或它们的组合。所述方法进一步包括在第一扩散阻挡层上形成润湿层。所述润湿层选自硅(Si)、锡(Sn)、铝(Al)、锗(Ge)、锑(Sb)、铅(Pb)、铋(Bi)、镓(Ga)、铟(In)、锌(Zn)、镉(Cd)、镁(Mg)、上述的氧化物、上述的氮化物或它们的组合。所述方法进一步包括在所述润湿层上形成锂金属层。